彈簧管壓力表改裝為遠傳壓力表的方法研究
分析目前電信號遠傳壓力表的結構和工作原理，具體提出了一種將彈簧壓力表改裝為電信號遠傳 壓力表簡單而經(jīng)濟的方法.最后，以C型彈簧管壓力表為例討論了溫度變化較大的環(huán)境下壓力表的改裝方案.
0.引言
1847年，法國人波登制成彈簧管壓力表，由 于結構簡單、實用，很快在工業(yè)中獲得廣泛應用， 是我國至今仍然常用的壓力測量儀表.因此將彈 簧管壓力表改裝為電信號遠傳壓力表，可以在節(jié) 約大量資金的前提下實現(xiàn)數(shù)字顯示、遠程監(jiān)控等 功能.
1.目前使用的主流遠傳壓力表工作 原理及狀況
該種儀表由一個彈簧管壓力表和一個滑線電 阻式發(fā)送器等組成.儀表機械部分作用原理與一 般彈簧管壓力表相同，由于電阻發(fā)送器設置在齒 輪傳動機構上，因此當齒輪傳動機構中的扇形齒 輪軸產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)時，電阻發(fā)送器的轉(zhuǎn)臂（電刷)也相 應地得以偏轉(zhuǎn)，由于電刷在電阻器上滑行，使得被 測壓力值的變化變換為電阻的變化，而傳至二次 儀壓表上，指示出相應的讀數(shù)值.同時，一次儀表 也指示相應的壓力值.但是此類產(chǎn)品受溫度影響 較大，當使用溫度偏離20 ±5 "C時，其溫度附加誤 差約為 0.4%/10 'C.
2.C型彈簧管壓力表的結構與工作原理
c型彈簧管壓力表是彈簧管壓力表中應用最 廣泛，最有代表性的儀表，本文以c型彈簧管壓 力表為例加以介紹.
2.1結構
C型彈簧管壓力表(如圖1)是由表殼部分、指 針、刻度盤部分、彈簧彎管、傳動機構部分和管接 頭等5個主要部分組成.
2.2工作原理
當被測壓力進入彈簧管后，彈簧管的短軸增 大.自由端產(chǎn)生位移，借助傳動機構使指針在表的 分度上產(chǎn)生角位移.當彈簧管產(chǎn)生的彈力與被測 壓力相平衡時，指針便停止轉(zhuǎn)動指在其一分度上， 其示值就是被測壓力值，彈簧管在其彈性限度內(nèi) 產(chǎn)生的變形（自由端位移)與所受壓力成正比關系(具有非線性誤差).
3.C型彈簧管壓力表改裝原理、方 案及實驗數(shù)據(jù)分析
3.1改裝原理
C型彈簧管壓力表當被測壓力進入彈簧管 后，彈簧管的短軸增大，長軸減小，彈簧管的曲率 半徑變大，此時管外側(cè)管壁縮短，內(nèi)側(cè)管壁伸長. 在彈簧管的管壁上粘貼電阻應變片，既可以把管 壁的伸縮變化測量下來,如果管壁的伸縮變化率 (由于此變化與應變類似，采用電阻應變片測量) 與管內(nèi)壓強呈線性變化則通過測量管壁變化即可 以確定管內(nèi)的壓強.
3.2改裝方案
1)常溫下采用2片電阻應變片.
在常溫下，由于彈簧管沒有顯著的溫度影響, 在C型彈簧管的內(nèi)外兩側(cè)沿軸向各貼一枚應變片。
粘貼位置：由于管內(nèi)壓強相等,C型彈簧管同 一側(cè)各處伸縮變化率基本相等(連桿和機芯對C型彈簧管管端作用的拉力對管的影響非常小,并 且可以通過測量電路消除掉），可以任選一處粘貼 電阻應變片，其粘貼方式如圖1所示的8、兩片 應變片.測量電橋如圖2所示,8片接入為電橋中 R1工作片,9片接入為R2工作片
2)溫度變化較大的環(huán)境下,采用一個工作片 和一個溫度補償片.
在溫度變化較大的環(huán)境下，彈簧管會因為溫 度變化而產(chǎn)生曲率變化，選取圖1中8號片作為 工作片，接入圖2測量電橋的R1工作片，另外, 選取相同型號的壓力表一個，在相同的位置粘貼 一片應變片作為溫度補償片，接入為測量電橋的 R2溫度補償片（同型號壓力表多個工作片允許公 用一個溫度補償片).
3.3測量儀器及數(shù)據(jù)
3.3.1電阻應變片
本次試驗采用電阻阻值為R =120 Q，靈敏系 數(shù)為K = 2. 2，測量面積為S = 2 X4mm2的酚醛基 電阻應變片.
3.3.2測量儀器及測量電路
測量儀器為YTR- 5A型數(shù)字應變儀.其測量 電路原理圖如圖2所示.
3.3.3壓力表及試驗方法和試驗數(shù)據(jù)
本次試驗采用的壓力表精度等級為2. 5 ,量 程250 MPa.溫度為室溫20 ±3 C.應變片接入方 法為3.3.2中的接入方法，即采用一個工作片和 一個溫度補償片的方式.本次試驗共重復進行了 3次,3組數(shù)據(jù)如圖3所示.由圖3可以看出管壁 的伸縮變化率與管內(nèi)壓強呈線性變化,且數(shù)據(jù)具 有良好的重復性.本測試受條件限制未使用高精 度的壓力表，并且應變片敏感柵尺寸過大，使得實 驗結果的精度受到一定影響.
4.結束語
討論了用電阻應變片將C型彈簧管壓力表改 裝為電信號遠傳壓力表的方法,并且討論了在溫度 變化下不同的改裝方式.如果將實驗中放大器縮小 3.66倍,則可以直接讀出壓力值,按照測量原理可 以在節(jié)省大量資金的前提下,將彈簧管式機械顯示 的壓力表改裝成為電信號遠程監(jiān)測壓力表.
